陳彥彬

(揭陽職業(yè)技術學院　實訓中心，廣東　揭陽　522051)

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基于N:N網絡的光機電一體化實訓裝置改造

陳彥彬

(揭陽職業(yè)技術學院實訓中心，廣東揭陽522051)

為改善學校電氣自動化專業(yè)實訓教學條件，開發(fā)出符合學校教學實際的實訓裝置，形成集基礎實驗、驗證實驗、技能實操和設計創(chuàng)新為一體的實訓系統(tǒng)。介紹了實訓裝置改造的基本思想、改造內容以及具體改造的實現(xiàn)過程。利用N:N網絡改造光機電一體化實訓裝置，將機械手單元作為主站，上料單元、分揀單元作為兩個從站。通過裝置訓練可使學生掌握PLC及其功能模塊應用技術、電氣控制技術、變頻器技術、傳感器技術、觸摸屏及組態(tài)技術等工業(yè)控制技術。

N:N網絡；可編程序控制器；光機電系統(tǒng)；實訓裝置

SX-815E型光機電一體化實訓考核裝置為某教儀公司開發(fā)的集PLC應用技術、電氣控制技術、變頻器技術等一體的機電一體化系統(tǒng)，但整個系統(tǒng)各部分之間協(xié)調工作僅靠單臺PLC控制器進行控制[2]。鑒于維修電工國家職業(yè)資格實操考核以及全國職業(yè)院校技能大賽自動化生產線安裝與調試集訓的需要，利用N:N網絡對實訓裝置進行改造，同時引入FX0N-3A功能模塊、旋轉編碼器等工業(yè)常見控制技術，使系統(tǒng)同時滿足職業(yè)資格考核和技能大賽集訓的實際需要，提高了系統(tǒng)的實用性。

1　原實訓裝置介紹

SX-815E型光機電一體化實訓考核裝置在鋁合金導軌式實訓臺上安裝上料機構、上料檢測機構、機械手搬運機構、物料傳送和分揀機構等[3]，構成具有一定生產功能的機電一體化設備，系統(tǒng)各機構之間采用氣動驅動、變頻器驅動等技術?？刂葡到y(tǒng)采用模塊組合式，由PLC 模塊、變頻器模塊、觸摸屏模塊、按鈕模塊、電源模塊、接線端子排和各種傳感器等組成。系統(tǒng)包含了電氣自動化及機電一體化專業(yè)學習中所涉及的電機驅動、機械傳動、氣動、可編程控制器、傳感器、變頻調速、觸摸屏及組態(tài)等多項技術，為學生提供了一個切近實際的綜合實訓環(huán)境。

光機電一體化實訓考核裝置外觀如圖1所示。按啟動按鈕后，PLC 啟動上料機構中放料盤直流電機，物料由進料槽滑到物料檢測臺，物料檢測光電傳感器開始檢測；當檢測臺上光電開關檢測到物料時放料盤電機停止運行，同時PLC 發(fā)出控制信號，驅動上料氣缸上料，機械手左轉，臂伸出同時手爪下降抓物，然后上料氣缸下降重新上料。手爪提升臂縮回后，手臂向右旋轉到右限位，手臂伸出，手爪下降將物料放到傳送帶上，傳送帶輸送物料，傳感器則根據物料性質(金屬和非金屬)，分別由PLC 控制相應電磁閥使氣缸動作，對物料進行分揀。最后機械手返回原位重新開始下一個流程。

圖1　光機電一體化實訓考核裝置

2　改進方案

2.1裝置改造的基本思想

1)滿足分布式控制系統(tǒng)設計教學需要。運用目前工控領域先進的、實用的N:N工控網絡技術，具有群控以及分布式的特點，增強裝置的實用性，以提高學生工程實踐能力[4]。

2)滿足維修電工職業(yè)技能鑒定中高級、技師鑒定實操考核的需要。《國家職業(yè)技能標準·維修電工》(2009年修訂)中明確規(guī)定要學生熟練掌握氣動、變頻器、觸摸屏等知識及其綜合運用多種技術的能力。

3)滿足職業(yè)技能大賽集訓的需要。從全國職業(yè)院校技能大賽廣東選拔賽近兩年指定的競賽設備看，都綜合運用了步進及伺服電機驅動、機械傳動、氣動、可編程控制器、傳感器，變頻調速、觸摸屏以及網絡通信等技術，通過改進使其涉及大賽相關知識點。

4)滿足學生課程設計的需要。實訓裝置承擔了不同專業(yè)、不同課程、不同教學層次的教學任務，要求裝置具備開設基礎性實訓項目、驗證性實訓項目、設計性實訓項目以及綜合創(chuàng)新性實訓項目等能力，提高裝置的實用性和先進性[5-6]。

2.2裝置改造內容

1)將實訓裝置由1臺PLC控制改為由3臺PLC共同控制。其中控制機械手搬運機構的PLC為主站，同時人機交互界面也連接至主站；控制上料機構的PLC為1#從站；控制物料傳送及分揀的PLC為2#從站[7-8]。改進后的裝置通信網絡配置如圖2所示。

圖2　改進后的裝置通信網絡配置

2)在物料傳送和分揀單元的驅動電機中增加增量式旋轉編碼器、物料性質檢測傳感器移至前面檢測口。改造后物料傳送和分揀機構的結構圖如圖3所示。

圖3　改造后物料傳送和分揀機構結構圖

3)在物料傳送和分揀單元中增加FX0N-3A功能模塊，使得分揀單元電機傳送速度可通過人機界面調節(jié)，同時可以實時監(jiān)測系統(tǒng)運行速度。

4)3個PLC中均增加FX2N-485-BD通信板卡，利用超五類雙絞線連接，確保系統(tǒng)通信正常進行。各通信卡之間接線圖如圖4所示。

圖4　通信卡之間接線圖

5)在裝置中新增變頻器的PU端口及觸摸屏RS422接線端口，使其單機情況下該裝置可以訓練觸摸屏與變頻器通信項目。

6)在上料機構進料槽中增加光電開關，作為檢測料不足和缺料傳感器，增加系統(tǒng)的實用性。

3　系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1規(guī)劃通信數(shù)據

各站通信數(shù)據的位數(shù)據如表1-表3所示。這些數(shù)據位分別由各站PLC程序寫入，全部數(shù)據為N:N網絡所有站點共享。

表1　搬運機械手單元(0#站)數(shù)據位定義

表2　上料單元(1#站)數(shù)據位定義

表3　傳送及分揀單元(2#站)數(shù)據位定義

3.2系統(tǒng)程序設計

系統(tǒng)包括1個主站和2個從站，構成N:N網絡時將網絡參數(shù)動態(tài)刷新模式選擇為模式1。主站程序設計利用步進順控程序進行設計，程序設計流程如圖5所示。

上料站、分揀站的控制過程也使用步進順控程序設計。各站的初始化子程序如下所述。

1)0#站(機械手搬運單元)的網絡初始化子程序。

0 LD M8038;初始化啟動控制

1 MOVK0D8176;0#站(機械手搬運單元)為主站

圖5　程序設計流程

6 MOVK2D8177;從站總數(shù)為2

11MOVK1D8178;刷新模式1

16MOVK4D8179;通信重復次數(shù)設置

21MOVK5D8180;超時設置50ms

2)1#站(上料單元)的網絡初始化子程序。

0 LDM8038;初始化啟動控制

1 MOVK1D8176;1#站(上料單元)為1#從站

3)2#站(分揀單元)的網絡初始化子程序。

0 LDM8038;初始化啟動控制

1 MOVK2D8176;2#站(分揀單元)為2#從站

3.3系統(tǒng)測試

系統(tǒng)人機交互界面使用觸摸屏GOT1155，組態(tài)開發(fā)環(huán)境使用GT Designer2。主站獲取各個從站網絡共享信息，然后在觸摸屏上進行顯示，同時通過主站將觸摸屏上的信息發(fā)送至網絡，從而對各個從站進行控制。

4　結束語

經過改造的光機電一體化系統(tǒng)集網絡通信技術、計算機技術、自動控制技術、機械傳動技術、傳感器技術、人機交互技術、PLC及其功能模塊應用技術等多種工業(yè)控制技術[9]，是對原有實訓裝置功能的一次較大提升，形成集理論知識、技術應用、技能實操、設計創(chuàng)新為一體的實訓裝置。利用N:N網絡通信技術，將光機電一體化系統(tǒng)改造為3個相對獨立的控制單元，突出了現(xiàn)代控制技術和網絡通信技術在機電一體化生產線中的應用；增加FX0N-3A、旋轉編碼器等工業(yè)控制常見技術，提高了系統(tǒng)的實用性，有利于培養(yǎng)學生工程實踐能力。系統(tǒng)已用于維修電工高級技能實訓考核和全國職業(yè)院校技能大賽自動化生產線安裝與調試項目校內賽前集訓設備，有力地促進了電氣自動化專業(yè)教學改革，提高了自動化技能人才培養(yǎng)的可持續(xù)性，收到良好的實訓效果[10]。

[1]三菱公司.FX2N編程手冊[M].日本:三菱株式會社，1998.

[2]陶權.基于Profibus-DP現(xiàn)場總線的自動化生產線實訓裝置改造[J].工業(yè)控制計算機，2010,23(2):27-28.

[3]方貴盛，孫平.充分利用光機電一體化實訓裝置平培養(yǎng)學生綜合能力[J].實驗室研究與探索，2011,30(1):195-195.

[4]胡健.基于N:N網絡的電梯實訓裝置群控系統(tǒng)[J].實驗室研究與探索，2009，28(12):238-238.

[5]許建鳳，傅永鋒.多模式PLC實訓平臺設計與研制[J].實驗技術與管理，2012，29(11):66-68.

[6]趙春鋒，陳國民，范小蘭等.基于PLC的電工實習教學裝置的研發(fā)[J].實驗室研究與探索，2013，32(1):136-139.

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[8]農雨.車間設備的PLC網絡群控[J].微計算機信息：測控自動化，2007，23(4):89-91.

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[10]賀剛.結合實踐訓練，自制PLC綜合實訓裝置[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2013(2):25-27.

Reform in Training Device of the Opto-Mechatronics System Based on N:N Network

CHEN Yanbin

(Center of training，Jieyang Vocational Technical College，Jieyang 522051，China )

In order to improve the practice teaching conditions of the electrical automation，and develop training devices to meet the school’s teaching practice，forming a set of basic experiments，verifying experiments，practice and training，the design innovation as one of the training devices.This paper introduces the basic idea of the reconstruction，reforming contents and the specific implementation process of transformation.Reform training devices of the opto-mechatronics system based on N:N network as the master station of manipulator.Feeding unit and sorting unit are treated as two slave stations.By means of the practice training using this device，the students can understand the PLC and its functional module application technology，electric control technology，inverter technology，sensor technology，touch screen and configuration technology industrial control technology，etc.

N:N network; programmable logic controller; opto-mechatronics system; training device

2014-11-30；修改日期: 2014-12-25

揭陽職業(yè)技術學院2011年科學研究項目(JYCKC1103)。

陳彥彬(1987-)，男，高級工程師，主要從事電子電工、自動化教學及科研方面的研究。

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.035